SJ:t I ct Gj TOESE_PASTE GEOLOGIE N HYOROGEÖLOGIE UNIVERSITEIT. ..55L. lillil - GENT- -

Transcriptie

1 SJ:t I ct Gj ' TOESE_PASTE GEOLOGIE N HYOROGEÖLOGIE r, ' : ' ' I - BESCHOUWINGEN OVER DE STIJGHOOGTE- EN WATERTAFELSTAND OP HET NOORDELIJK EILAND TUSSEN DE NIEUWE ARM VAN HET ZËEKANAAL VAN ÏLLEBROEK EN DE RUPEL TE HINGËNE {BORNE ) - - UNIVERSITEIT 55L lillil - GENT- -

2 lillij UNIVERSITEIT GENT laboratorium voor toegepaste geologie en hydrogeologie Beschouwingen over de stijghoogteen watertafelstand op het Noordelijk Eiland tussen de nieuwe arm van het Zeekanaal van Willebroek en de Rupel te Hingene (Bórnem) geologisch instituut S 8 krijgslaan 281 B-900Ö gent telefoon 091/64'4647 fax 09i/ Opdrachtgever GTE Universitaire Instelling Antwerpen Universiteitsplein WILRIJK Leiding : Prof Dr W DE BREUCK Studie en verslag : Dr L LEBBE Lic D DE SMET Dossiernummer Datum : oktober 1992 : TGO 92/044

3 INHOUD Lijst der figuren 11 1 Inleiding 2 Ligging 3 Geologie 3 1 Kwartair 31i Aanvulling 312 Holoceen 3 13 Pleistoceen Hydrogeologie Algemeen Stijghoogte in de doorlatende laag 5 43 Stijghoogte in de slecht doorlatende laag Pluktuaties van de stijghoogte in de doorlatende laag Pluktuaties van de stijghoogte in de slecht doorlatende laag 16 5 Besluit 17 Referenties 18

4 IJ LIJST DER FIGUREN Figuur 1 Ligging van het "Noordelijk Eiland" Uittréksel van de topografische kaart op schaal 1/ van het NGI (Kaart 15/6 Temse, 2de uitgave 19B7) Figuur 2 Geologisch profiel ter hoogte van de nieuwe sluis Figuur 3 Schematische voorstelling van het grondwaterst romingsmodel tussen 2 kanalen (naar Edelman, 1972) Figuur 4 Stijghoogte en grondwaterstromingspatroon in de doorlatende laag Figuur 5 Stijghoogte en grondwaterstromingspatroon in de slecht doorlatende laag Figuur 6 : Verîoop van de kritische kv-waarden in het toekomstige natuur9ebied Figuur 7 Stijghoogtefluktuaties ten gevolge van getijden op verschillende afstanden van de hoogtijlijn nabij de kust te De Panne ( 117DB12Fl, 117DB10Fl, 117DB2Fl r 117DB9F1 op respektievelijk 0, 360, 635 en 800 m van de hoogtijlijn} (naar Lebbe, 1981) Figuur 8 Stijghoogtefluktüaties op verschillende niveaus op 360 m van de hoogtijlijn in het duingebied te De Panne Hoe ondieper de péilbuis, hoe groter de demping (naar Lebbe, 1981)

5 -1-1 INLEIDING Op 9 septemer 1992 verzochten Mevr K Nagels en Mevr M Lejeune van de G TE het Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie (L T GH) van de UG om een beschrijving te geven van het te verwachten verloop van de watertafel in een nieuw aan te leggen natuurgebied te Hingene (Bornem) Onderhavig verslag bevat vooreerst een bondige beschrijving van de ligging en de voor dit verslag belangrij e geologische lagen ver-volgens werd stap voor stap uitgelegd hoe men het peil van de watertafel van het bovengenoemd gebied kan berekenen Tenslotte werd erop gewezen dat de getijdenwerking op de Rupel invloed kan hebben op het peil van de grondwatertafel voor grotere of kleinere delen van het gebied 2 LIGGING Het gebied bevindt zich in het zuidwesten van de provincie Antwe-rpen, op het grondgebied van de deelgemeente Hingene (Bornem) Het strekt zich uit ten noordoosten van de dorpskern van Wintam Het behoort tot de alluviale vlakte van de Rupel en de Schelde en stond voorheen bekend als Ruipenbroekpolder Het oorspronkelijk maaiveldpeil van het gebied bedraagt ongeveer + 1, 51 Na het voltooien van de nieuwe arm en de nieuwe sluis van het Zeekanaal van Willebroek zal er een eiland ontstaan tussen de nieuwe arm, die uitmondt in de Schelde, de Schelde, de Rupel en de oude arm die uitmondt in de Rupel Het is op het noordelijk gedeelte van het eiland, het zogenaamde "Noordelijk Eiland" dat het nieuwe natuurgebied gepland is Het wordt begrensd door (fig 1) : de Rupel in het Oosten; de mondingen van de Rupel en van de nieuwe arm van het Zeekanaal in de Schelde in het noorden; de nieuwe arm en de nieuwe sluis van het Zeekanaal in het 1 Alle peilen in dit verslag zijn aangegeven in m ten opzichte va,n het referentievlak van de 'ra vl (Tweede Algemene Waterpassing van het Nationaal Geografisch Instituut)

6 -2- GENT SCHELDE c: - -/ ' o \ m LJ Noordelijk Eiland, \- ) " ' t - Fig 1 - Ligging van het "Noordelijk Eiland" Uittreksel van de topografische kaart op schaal 1/10000 van het NGI (Kaart 15/6 Tem se, 2de uitgave 1987)

7 -3- westen; de versmalling die ontstaat tussen een meander van de Rupel en de nieuwe arm van het Zeekanaal in het zuiden 3 GEOLOGIE De geologie van het gebied werd gebaseerd op een boring uitgevoerd ter hoogte van de nieuwe sluis in 1965 door de NV Smet uit Dessel (Mol) voor de Belgische Geologische Dienst (BGD ) De boring werd beschreven en geïnterpreteerd door M Gulinck De bespreking van de geologische lagen werd beperkt tot degene van belang voor de geologie van het te realiseren natuurgebied en werd geïllustreerd aan de hand van een profiel (fig 2) Van boven naar onder (van jong naar oud) onderscheiden we volgende geologische lagen : 31 Kwartair 311 Aanvulling Het terrein zal ongeveer 5 meter opgehoogd worden, namelijk van het oorspronkelijk peil + 1,5 tot-het peil + 6,5 Hiervoor zal baggerslib uit het Zeekanaal gebruikt worden De samenstelling van dit slib is zeer heterogeen; 312 Holoceen De holocene lagen bestaan uit een kamplex van alluviale klei, silt en veen met plantenresten Het zijn polderafzettingen van de Rupel en de Schelde De dikte van deze laag bedraagt ongeveer 2 m 'De basis bevindt zich ongeveer op hét peil - 0,5 en rust op het Pleistoceen 3 13 Pleistoceen De pleistocene laag bestaat in het studiegebied uit groengrijs glinunerhoudend siltig fijn zand met veensporen Aan de basis vindt men veelal een grint terug bestaande uit silex en uit

8 -4- peil(mtaw) Aanvulling Heterogeen materiaal 3*-,-,,, 1-1- _, '/ =i ' I f ' HOLOCEEN Alluviale klei, leem en veen - - PLEISTOCEEN - : 1 "I ( /: I :(t/ i :/i I :j --: 11! /I '" IÏit,_1! I I I I /1- - 'I ''1/ I I! f', I I I/ I til I I 11 I -1 1 / 1 - ' ï 'J I 11 I! I 11 /,,,,, /1 /I IJ 1/ 1 I I I I /t '" I ft Glimmerhoudend si/tig fijn zand Basisgrint met silex en septariabrokjes Formatie van BOOM Glimmerhoudende kleihoudende silt Fig 2 - Geologisch profiel ter hoogte van de nieuwe sluis

9 -5- brokjes van septaria De basis bevindt zi'ch ongeveer op het peil 8 en rust op de tertiaire Formatie van Boom Deze Formatie bestaat overwegend uit een grijsbruine glimmerhoudende kleihoudende silt en is ongeveer 10 m dik 4 HYDROGEOLOGIE 4 1 Algeme en In eerste instantie kunnen we de geologische lagen in punt 3 besproken als volgt hydro_geologisch interpreteren De aanvulling en de holocene laag zullen een slecht doorlatende laag vormen Het Pleistoceen vormt een doorlatende laag De Formatie van Boom kan voor het behandelde probleem als "ondoorlatend11 beschouwd worden 42 stijghoogte in de doorlatende laag Vooreerst zullen we de invloed van de infiltratie door neerslag buiten beschouwing laten Het peil van het Zeekanaal, hka, wordt op gehouden, het gemiddelde peil van de Rupel, hru' bedraagt ter plaatse In een profiel dat ongeveer loodrecht op het Zeekanaal en de Rlipel staat, verkrijgen we dan de situatie zoals voorgesteld op fig 3a De stijghoogte vormt een rechte met als vergelijking h - h hl (X) == hka - -KA RU X met x == de afstand tot het Zeekanaal L = de afstand tussen Zeekanaal en Rupel langs het beschouwde profiel Beschouwen we nu het geval voorgesteld op fig 3b We veron derstellen hier dat het peil van het Zeekanaal en de Rupel gelijk zou zijn Wanneer we dan rekening houden met het gemiddelde jaarlijkse neerslagoverschot (n) en met het doorlaatver- mogen (kd) van de doorlatende laag gaat de stijghoogte in profiel een parabool beschrijven H et, doorlaatvermogen (kd) drukt het vermogen uit van de doorlatende laag om water door te laten in de horizontale richting Dit hangt in grote mate

10 -6- --x L hka hru (a) n hka hru (b} hru (c) Fig 3- Schematische voorstelling van het grondwaterstromingsmodel tussen 2 kanalen (naar Edelman, 1972)

11 -7- af van de waterdoorlatende karakteristieken, de dikte van de watervoerende laag en in mindere mate van de viskositeit van het water Intuïtief kan men gemakkelijk inzien dat hoe kleiner kd is, hoe hog er de parabool wordt Immers het water gaat meer weerstand ondervinden oin weg te vloeien Het gemiddelde jaarlijkse neerslagoverschot (n) is de hoeveelheid water die werkelijk de grondwatertafel bereikt de parabool Hoe groter n, hoẹ hoger De stijghoogte vormt aldus een parabool met als vergelijking : met n = 0,3 mjj n h 2 ( x) = h KA+ ( 2kD L-x)x 2 kd= 5 7, 5 m Id x = de afstand tot het Zeekanaal L = de afstand tussen Zeekanaal en Rupel langs het beschouwde profiel We merken op dat de waterscheidingskarn in het geval van gelij- ke peilen in de beide waterlopen zich in het midden tussen de Rupel en het Zeekanaal zou bevinden Een dergelijke situatie zal zich voordoen stroomafwaarts van de nieuwe sluis, tussen het nieuwe Zeekanaal en de Rupel Ter hoogte van en stroqmopwaarts van de nieuwe sluis hebben we de situatie zoals voorgesteld op fig 3c Hier hebben we een peilverschil tussen het Nieuwe Zeekanaal of de nieuwe sluis en de Rupel We moeten dan de 2 vorige gevallen superponeren Dus : h( ) h hka -h Ru X + n ( L ) x = KA L 2kD -x x met n = o, 3 m/ j kd = 57, 5 rn2 I d x = de afstand tot het Zeekanaal L = de afstand tussen Zeekanaal en Rupel langs het beschouwde profiel Wanneer we nu de stijghoogten berėkenen langs verscheidene profi len tus en het Zeekanaal en de Rupel kunnen we aan de hand daarvan de lijnen van gelijke stijghoogte tekenen op kaart Wiskundig kunnen we ook de plaats van de waterschei-

12 -8 - dingskam langs het profiel berekenen Zo kunnen we dan het grondwaterstromingspatroon rekonstrueren Het resultaat van zo'n berekening vindt u voorgesteld op fig 4 Voor profielen ter hoogte van de sluis kan men aannemen dat de overgang van de sti j_ghoogte in de doorlatende laag vlak naast en langs de sluis van naar lineair verloopt We merken op dat de stijghoogte van de doorlatende laag overal hoger is dan het oorspronkelijk maaiveldpeil (+ 1,5) Dus wanneer er geen aanvulling is, staat het gebied onder water Verder blijkt dat er in het grootste gedeelte van het gebied een waterstroming in de richting van de Rupel is In het zuidelijke deel is er zelfs alleen maar een stroming in de richting van de Rupel 4 3- Stijghoogte in de slecht doorlatende laag Wanneer we een peilbuis in de doorlatende laag steken meten we de stijghoogte berekend in pun:t 4 2 Wanneer we nu een peilbuis in de slecht doorlatende laag steken meten we een hogere stijghoogte Deze hogere waarde wordt veroorzaakt door de weerstand die het water ondervindt bij het doorstromen van de slecht doorlatende laag In een slecht doorlatende laag is enkel de vertikale stromingsrichting van betekenis De hydraulische gradiënt is overwegenct vertikaal Dit verschil in stijghoogte wordt bepaald door : - n het gemiddelde jaarlijkse neerslagoverschot uitgedrukt in m/j Hoe groter n, hoe groter het verschil - z de dikte van de slecht doorlatende laag, ui tg drukt in m Hoe groter z, hoe groter het verschil - kv: de vertikale doorlatendheid van de slecht doorlatende laag, uitgedrukt in rn/d Hoe groter kv, hoe kleiner het verschil De term die men bij de formules van punt 4 2 moet bijtellen voor het bekomen van de stijghoogte in de slecht doorlatende laag luidt h(z) = n z "V

13 SCHELDE -<-( \ 'l\ <'f \ -<-< \ ' I \ \ I \ \j i\ Str\ ;r 'j - -, \ i rl 1\ J '' :, '':0-,- 1 '-I' ' ', )/ /' / ' / \, \ - i \ \ peil(mtaw) B J Legende profielen: stijghoogte in doorlatende laag mv: maaiveld waterscheidingskam _h(x): y G 2 0 H E 0 F 0 c -2 D 2 ; m o so 1oom 0 A -2 8 Fig 4 - Stijghoogte e_n grondwaterstromingspatroon in de doorlatende laag

14 -10- Opmerkingen 1 :v wordt veelal de hydraulische weerstand (c) genoemd en uitgedrukt in d (dagen) 2 De vertikale doorlatendheid, kv, in het aangevulde materiaal zal sterk plaatsafhankelijk zijri Zo zal er bij de aanvulling nabij de mond van de buis een energierijk milieu heersen In dit energierijk milieu zullen enkel de grovere korrels uit het heterogene baggerslib in staat zijn om te bezinken De fijnere korrels zullen verderop in stilstaande plassen bezinken Dit effekt zal nóg versterkt worden wanneer men de buizen verhoogt in plaats van ze te verp1aatsen wanneer de aanvulling te hoog wordt In dit verslag werd een kv waarde aangenomen van 0,001 mjd Deze waarde is realistisch wanneer we ze vergelijken met de waarde bekomen uit interpretatie van pompproeven die in g lijkaardige situaties uitgevoerd zijn De formule voor het berekenen van de grondwatertafel wordt dus: h(x,z) = h(x) + h(z) h(x,z) (L-x) x + met : n = 0,3 mjj kd = 57, 5 m2 I d kv = 0,001 m/d x = de afstand tot het Zeekanaal L = de afstand tussen Zeekanaal en Rupel langs het beschouwde profiel Op fig 5 werden de resultaten van de toepassing van deze formule naar analogie met fig 4 voorgesteld Hieruit blijkt dat ook na de geplande ophoging het gebied onder water zal staan, indien uiteraard geen drainagekanalen aangelegd worden De grondwaterstroming blijft gelijk aan deze berekend in punt 43 We wijzen er nogmaals op dat voor deze berekening slechts een geschatte kv-waarde werd gebruikt Wanneer deze kv-waarde in werkelijkheid groter blijkt te zijn zou een gedeelte van

15 SCHELDE I I I peil(mtaw) Y: _ h(x,z) peil(mtaw) y h(x,z) --- /, ' ' ",: ;'\ : v,, - :::; d-- -: I / 1, ' _,--; \ G -2 peil(mtaw) 10 y J E -2 peil(mtaw) 10 8 y h(x,z) F c -2 0 peil(mtaw) 10 r - - A B m Fig 5- Stijghoogte en grondwaterstromingspatroon in de slecht doorlatende laag Legende profielen: -h(x,z):stijghoogte iri 6 slecht doorlatende laag mv: maaiveld 4 f waterscheidingskam m A -2 B

16 -12- het gebied toch droog komen te staan Zoals reeds gezegd is deze kv-waarde plaatsafhankelijk (punt 43) Daarom werd op fig 6 een kaart voorgesteld met de kritische kv-waarden Wanneer een bepaalde plaats een kv-waarde heeft kleiner dan of gelijk aan deze kritische waarde staat het gebied onder water Is de kv-waarde groter dan de kritische waarde dan staat de watertafel beneden maaiveld Hierbij werd aangenomen dat de_ dikte van de aanvulling 5 m bedraagt, de dikte van de holocene laag 2 m en het maaiveld zich bevindt op het peil + 6, 5 Wanneer deze waarden op een bepaalde plaats niet representatief blijken te zijn dient men in bovenstaande formule een andere waarde voor z te nemen

17 SCHELDE io \{ ' I c c r - Legende: - 2,81 Q 3 m/d Lijnen van gelijke kritische kv- waarde Waterscheldlngskam I 1' ',' Fig 6 -Verloop van de kritische kv;waarden in het toekomstig natuurgebied

18 Fluktuaties van de stijghoogte in de doorlatende laag In voorgaande beschouwingen heeft men voor het peil van de Rupel steeds het gemiddelde peil genomen Dit peil is echter onderhevig aan getijdenwerking Dit heeft tot gevolg dat de stijghoogten in de doorlatende laag ook onderhevig zull n zijn aan fluktuaties ten gevolge van de getijden Wanneer men tegen de Rupel een peilbuis in de doorlatende aag plaatst, gaat men de getijden van de Rupel waarnemen In een peilbuis tegen het Zeekanaal blijft de stijghoogte constant op + 44 Tussen de Rupel en het Zeekanaal worden de stijghoogtefluktuaties in de dborlatende laag gedempt naarmate meri zich meer in de richting van het Zeekanaal beweegt Uitgebreide waarnemingen van dit verschijnsel werden uitge- voerd door Lebbe, 1981 vpor het duingebied nabij de kust te De Panne Fig 7 toont de resultaten van de waarneming voor 4 peilbuizen op verschillende afstand van de hoogtijlijn De grootte van afname van de amplitude is in de eerste plaats afhankelijk van de specifieke elastische berging (S ) van de natuurlijke doorlatende laag Deze parameter wordt gedefinieerd als de hoeveelheid water die geleverd wordt door een eenheidsvolume van de doorlatende laag ls de waterdruk vermindert met één eenheid en is funktie van de elasticiteit van de laag Hoe groter s, hoe sterker de demping Men heeft immers meer water nodig om de waterdruk in de afzetting te doen toenemen of te doen afnemen bij een laag met grote s Ten tweede is de demping afhankelijk van de kd-waarde van de natuurlijke doorlatende laag Hoe groter de kd-waarde hoe minder demping Deze waarde stemt overeen met het produkt dèr gemiddelde horizontale doorlatendheid van de laag met de dikte ervan Hoe sneller het water erdoor beweegt, hoe minder de getijdengolf kan gedempt worden Ten derde is de demping afhankelijk van de hydraulisçhe weerstand (c) van de slecht doorlatende laag Hoe groter deze c waarde, hoe minder demping in de doorlatende laag Doordat het water vertikaal niet of moeilijk weg kan, gaat het horizontaal zijn weg zoeken Tenslotte is het nog vermeldenswaardig dat de demping afhanke-

19 -] 5- Stijghoogte fluktuaties (m} 117DB1?F B10F1 117DB2F1 117DB9F1 0,25 0,50 0,75 1 tijd (d) Fig 7 - Stijghoogtefluktuaties ten gevolge van getijden op verschillende afstanden van de hoogtijlijn nabij de kust te De Panne (117DB 12F1, 117DB 1 OF1, 117DB2F1, 117DB9F1 op respektievelijk 0, 360, 635 en BOOm van de hoogtijlijn) (naar Lebbe, 1981 ) Stijghoogtefluktuaties (m) 1 117DB10F1 ( 25mTAW) 117DB11F1 (-BmTAW) 0,25 0,50 0,75 1 tijd (d) Fig 8 - Stijghoogtefluktuaties op verschillende niveaus op 360m van de hoogtijlijn in het duingebied te De Panne Hoe ondieper de peilbuis, hoe groter de demping (naar Lebbe, 1981 )

20 16- lijk is van de frekwentie van de getijdengolf Een golf met een lage frekwentie gaat mindeṛ gedempt worden omdat hij meer tijd krijgt om zich op te bouwen Het is nu zo dat de getijdengolf van de Rupel door Fourieranalys gesplitst kan worden in verscheidene harmonische trillingen met verschillende frekwentie Degene met de hoogste frekwentie zal dus het snelst gedempt zijn Dit heeft voor gevolg dat de golf zal vervormd worden We me ken op dat de getijdengolf van de Rupel reeds gedempt en dus vervormd is 4 5 Fluktuaties van de stijghoogte in de slecht doorlatende laag Wanneer we een peilbuis plaatsen onderaan de slecht doorlatende laag gaan we fluktuaties meten die sterk gelijken op de fluktuaties gemeten in de doorlatende laag Naarmate we hoger gaan meten zal de demping toenemen Deze diepteafhafl:kelijkheid werd 0ok waargenomen door Lebbe, 1981; Fig 8 t oont de resultaten van deze waarnemingen In de slecht doorlatende laag fluktuaties afhankelijk van de watertafel ( s0) Deze laatste nabij de watertafel zijn de bergingskoëfficiënt nabij de is de hoeveelheid water die geleverd wordt per oppervlakteëenheid van de watertafel als de hoogte van de watertafel 1 m verandert Hoe groter S0, hoe sterker de demping Ze zijn ook afhankelijk van de hydraulische weerstand (c) van de slecht doorlatende laag Dus hoe dikker of hoe minder doorlatend de slecht doorlatende laag is 1 hoe groter c, hoe sterker de demping Tenslotte zijn de fluktuaties ook afhankelijk van de specifieke elastische berging (SÀ) van de slecht doorlatende laag Hoe groter Sl, hoe sterker de demping Minder belangrijk in de slecht doorlatende laag zijn de afhan kelijkheid van kd en van de frekwentie Daar de bergingsverandering nabij de watertafel (S0) veel groter is dan de bergingsverandering ten gevolge van de elas ticiteit van de laag kunnen verwachten dat de fluktuaties van de watertafel ten gevolge van de fluktuaties van de waterstand

21 -17- in de Rupel over het ganse gebied zeer klein zullen zijn, is kleiner dan enkele centimeters dit 5 BESLUIT In dit verslag werd vooreerst de ligging en de geologie van het toekomstige natuurgebied bondig besproken Vervolgens werd getracht het peil van de toekomstige watertafel te berekenen Bij het hanteren van een waarde van 0,001 in/d voor de vertikale doorlatendheiq (kv) blijkt dat het ganse gebied moeras wordt indien het gebied niet zou voorzien worden van een drainagestelsel Deze waarde is afgeleid uit ervaring, doch kan nog variëren omdat ze sterk materiaal- en plaatsgebonden is Daarom werden de kritische kv-waarden berekend voor het ganse gebied Toch kan men nu reeds stellen dat op bepaalde plaatsen drainages nodig zullen zijn Tenslotte werd erop gewezen dat fluktuaties van de stijghoogte tengevolge van getijden van de Rupel zich vooral zullen voordoen in de doorlatende laag De fluktuaties van de watertafel zal over het ganse gebied zeer beperkt zijn, dit is minder dan enkele centimeters Het belang van die fluktuaties is afhankelijk van verscheidene parameters die in het gebied niet bekend zijn Om werkelijk een goed zicht te hebben op het peil van de watertafel dienen al deze parameters duidelijk kwantitatief omschreven te zijn Ook met het oog op eventuele drainages die men dan op de meest ekonomische manier kan plannen Om deze parameters te berekenen op een representatieve manier is het uitvoeren van een pompproef onontbeerlijk

22 -18- REFERENTIES - Belgische Geologische Dienst, Archief kaartblad 42E (15/6) Temse Edelman JH (1972) Groundwater Hydraulics of Extensive Aquifers International Institute for Land Reelamatien and Impravement ILRI, Bulletin 13 Wageningen, The Netherlands Lebbe LC (1981) A hydrogeological study of the dune area of De Panne (Belgium) Proc of the Sixth Salt Water Intrusion Meeting in Hannover, 1979 Geologisches Jahrbuch, Reihe C, Heft 29 Hannover